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1、职工培训教材结构专业第三讲 钢结构房屋设计（2009.10.31）内容提要随着国民经济的迅速发展，钢结构房屋的设计已成为我国设计工作的主要内容之一。本文在总结多个项目钢结构房屋设计的基础上，全面介绍了单层门式刚架轻型钢结构房屋、单层排架普通钢结构房屋和多、高层钢结构房屋设计的特点和经验，仅供今后钢结构房屋设计的参考。1. 我国钢结构建筑的发展现状近十年来，随着国民经济的迅速发展，钢结构在我国得到了广泛的应用，单层门式刚架轻型钢结构房屋大量应用于工业建筑中，空间网架、立体桁架钢结构广泛应用于大跨度工业与民用建筑中，高层钢结构房屋越来越多地成为超高层建筑的首选方案。现在，钢结构房屋的设计已成为我国
2、设计工作的主要内容之一。与砼结构相比，钢结构具有许多优点：（1） 钢材是一种可以回炉循环使用的环保型材料，钢结构对环境保护具有很大的优点；（2）钢结构一般均在工厂生产，现场安装，对建筑业实现工业化提供了良好的条件；（3）钢结构施工快捷，施工工期短，特别是单层门式刚架轻型钢结构房屋，36个月就可以建成投产；（4）钢结构更适合在大跨度、大柱网建筑中的应用。（5）钢结构与混凝土结构相比较，门式钢架比混凝土单层厂房要相对便宜点。但多层、高层钢结构则造价要高于混凝土结构，大约高20%30%。 随着钢结构在我国的广泛应用，钢结构的生产厂家也越来越多，生产能力也越来越强。目前，生产钢结构构件的工厂如浙江的东
3、南、杭萧、精工三大公司，年产量均在30万吨以上；他们不仅能生产轻型钢结构，还能生产重型钢结构，如复杂的、板厚在4 0 mm以上的工型柱、箱型柱、双向工型柱、异型柱、工型梁、箱型梁、异型梁等，有的还实现了在工厂生产线上连续机械化生产作业，这就为钢结构的广泛应用创造了良好的条件。 钢结构房屋设计因种类的不同而有所不同。不同的钢结构要采用不同的规范。因此，钢结构房屋设计时，首先要明确该建筑的类型和适合该类型所用的规范。钢结构房屋设计的国家标准、规范：（1）钢结构设计规范 GB 500172003（2）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS 102：2002（3）冷弯薄壁型钢结构技术规范 GBJ 5
4、00182002（4）型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ 1382001（5）高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 9998（6）网架结构设计与施工规程 JGJ 791（7）钢网架螺栓球节点 JG 111999（8）钢网架检验及验收标准 JG 121999（9）钢结构工程施工质量验收规范 GB 502052001国家标准图集：（1）钢结构设计制图深度和表示方法 03G102（2）多、高层民用建筑钢结构节点构造详图 01SG519（3）门式刚架轻型房屋钢结构 02SG518（4） 多、高层民用建筑钢结构节点连接 03SG5191（5） 多、高层民用建筑钢结构节点连接 04SG5192（6） 钢吊车
5、梁 SG52012（7） 吊车轨道联结及车挡（适用于钢吊车梁） 05G525（8） 钢柃条 钢墙梁 SG52114（9） 钢托架 05G513（10）钢与混凝土组合楼（屋）盖结构构造 05SG522（11）型钢混凝土组合结构构造 4SG5232. 钢结构房屋分类2.1 单层门式刚架轻型钢结构房屋适用于轻型屋盖和轻型外墙（或非嵌砌砌体外墙）、房屋高度一般不大于9 m（当有桥式吊车时不宜大于12 m）、跨度一般不大于36 m、无桥式吊车或有起重量不大于20 t的A1A5工作级别桥式吊车或3 t悬挂式起重机的单层钢结构房屋。按CECS 102：2002规范设计。其特点是：（1）平面结构体系，柱脚铰接
6、（或刚接），柱顶刚接，柱梁截面高度可变，与刚架内力图相接近，充分发挥材料的承载能力；（2）屋面自重轻，基础小，用料省（一般可控制在50 KG/ 以内），造价低。当柱距为6m时，门刚的用钢量几乎与钢架跨度相当，即27m跨度的钢架，用钢量折算为每平米27Kg/m2。2.2 单层排架普通钢结构房屋（实腹式工型柱）适用于轻、重型屋盖和轻型外墙（或非嵌砌砌体外墙）、跨度一般不大于36 m、有起重量大于20 t的桥式吊车或3 t以上悬挂式起重机的单层钢结构房屋。按GB 500172003规范设计。其特点是：（1）平面结构体系，柱脚刚接，柱顶铰接或刚接，柱采用等截面工型柱或双肢柱，梁截面高度可变（当采用重屋
7、盖时，宜采用钢屋架，柱顶铰接）；（2）由于柱脚弯矩大，相应的基础较大，材料用量也大。2.3 空间网架钢结构房屋（单位的项目实例有武汉的光缆厂房、大连分院有做192m192m跨度的网架） 适用于大跨度工业与民用建筑，如正方形或接近于正方形的体育馆、机场候机厅、车站或工厂，常用的网架有钢管螺栓球节点和钢管焊接球节点组成的四角锥网架，网架支承于四周的钢筋砼柱、钢柱或托梁上，并可以承担一定的吊挂荷载，屋面维护结构采用压型彩钢板。网架采用“空间桁架结构通用程序LSG2”计算，其内力分布和杆件直径、球节点直径由四周向中间逐步增大，充分发挥材料的承载能力。2.4 立体桁架钢结构房屋（钢管空间钢结构体系） 适
8、用于大跨度工业与民用建筑。桁架与砼柱采用螺栓铰接，桁架节点采用钢管之间直接相贯的焊接节点，屋面维护结构采用压型彩钢板，有柃体系。 2.5 多层和高层钢结构房屋（大连分院有做80m高度的电解塔） 适用于多层和高层工业与民用建筑，一般采用空间结构体系，柱脚刚接，框架梁柱刚接（两个方向），次梁与主梁铰接，楼板采用钢板或钢与砼组合楼板（在压型钢板上现浇砼板）。按GB 500172003和JGJ 9998规范设计。2.6 钢与砼组合结构房屋（1）型钢砼组合结构（从略）；（2）钢管砼组合结构（从略）3. 门刚规范（CECS 102：2002）与普钢规范（GB 500172003）的主要差别 （1）风荷载体
9、型系数取值不同（见CECS 102：2002附录A），门刚结构负压值 （2）受压构件长细比限值不同，见表1： 表1 受压构件容许长细比序号构 件 类 别门刚容许长细比普钢容许长细比 1主要构件 180 150 2次要构件、支撑、隅撑 220 200（3）受拉构件长细比限值基本相同，见表2： 表2 受拉构件容许长细比序号构 件 类 别一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房（只用于普钢）直接承受动力荷载的结构1桁架杆件3502502502吊车梁以下的柱间支撑3002003其他拉杆、支撑、系杆等400350（4）柱顶水平位移限值不同，见表3：表3 柱顶水平位移限值（H柱高度）序号门刚规范（CECS 10
10、2：2002）普钢规范（GB 500172003）吊车情况水平位移限值吊车情况水平位移限值1无吊车，彩板墙H/60（H/80）无桥式吊车（单层）H/1502无吊车，砌体墙H/100（H/120）3有桥式吊车，驾驶室操作H/400（H/400）有桥式吊车（单层）H/4004有桥式吊车，地面操作H/180（H/300）注：“技术措施”规定，在风荷标准值作用下，按括号内数值。（5）受弯构件的挠度容许值不同，见表4：表4 受弯构件的挠度容许值（L为受弯构件的跨度）序号门刚规范（CECS 102：2002）普钢规范（GB 500172003）构件类别挠度容许值构件类别挠度容许值 1门式刚架斜梁楼（屋）盖
11、梁 仅支承压型钢板屋面L/180 主梁或桁架 L/400 尚有吊顶L/240 次梁、楼梯梁 L/250 有悬挂起重机L/400 有悬挂起重机 L/400 2檩条 仅支承压型钢板屋面 L/150支承无积灰的瓦楞铁和石棉瓦屋面 L/150 尚有吊顶 L/240支承压型钢板和有积灰的瓦楞铁和石棉瓦屋面 L/200 3压型钢板屋面板 L/150 4 平台板 L/100 5 吊车梁手动吊车和单梁吊车梁 L/500轻级工作制桥式吊车梁 L/800中级工作制桥式吊车梁 L/1000重级工作制桥式吊车梁 L/1200 6手动或电动葫芦轨道梁 L/400 7 墙梁水平挠度支承压型钢板墙梁 L/100支承压型钢板墙梁 L/200支承砌体墙梁 L/180且50mm支承砌体墙梁 L/300 8墙板水平挠度
